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量子通信技术:中国从跟跑到领跑的历史飞跃

时间:2023-06-28 05:35:00 信息发展

量子通信技术:中国从跟跑到领跑的历史飞跃

量子通信技术是利用量子力学原理实现信息的安全传输和处理的一种新型信息技术。它具有无法被窃听、无法被复制、无法被篡改等优点,被认为是未来信息社会的重要基础设施。量子通信技术主要包括量子密钥分发、量子隐形传态、量子网络等方面。

量子通信技术是量子信息科学的重要分支,也是第二次量子革命的核心内容之一。第二次量子革命指的是在第一次量子革命(即20世纪初期量子理论的建立和应用)的基础上,人类开始主动操纵和利用单个或少数量子系统,实现对微观世界的精确控制和测量,从而开创了新的科学领域和技术应用。

在第二次量子革命中,中国实现了从跟跑、并跑到部分领跑的历史飞跃。特别是在量子通信技术领域,中国取得了一系列令世界瞩目的创新成果,展现了强大的科研实力和国际影响力。

中国在量子通信技术领域的发展经历了四个阶段:

第一阶段(1995-2000年):学习研究阶段。1995年,中国科学院物理研究所郭光灿院士团队首次实现了光纤中的单光子源,并利用它进行了国内第一个光纤中的量子密钥分发实验。2000年,该团队完成了单模光纤1.1公里的量子密钥分发实验。

第二阶段(2001-2005年):快速发展阶段。2001年,中国科学院物理研究所潘建伟院士团队利用自主研制的单光子探测器,在自由空间中实现了10公里的量子密钥分发。2004年,该团队又在自由空间中实现了13公里的量子隐形传态。2005年,该团队与清华大学合作,在光纤中实现了50公里和125公里的量子密钥分发。

第三阶段(2006-2015年):突破创新阶段。2006年,中国科学院物理研究所潘建伟院士团队与清华大学合作,在光纤中实现了200公里的量子密钥分发,创造了当时的世界纪录。2007年,该团队与北京大学合作,在自由空间中实现了16公里的量子隐形传态。2009年,该团队与清华大学合作,在光纤中实现了260公里的量子密钥分发。2010年,该团队与清华大学合作,在自由空间中实现了11.5公里的量子纠缠分发。2012年,该团队与清华大学合作,在光纤中实现了307公里的量子密钥分发。2013年,该团队与清华大学合作,在自由空间中实现了97公里的量子纠缠分发。2014年,该团队与清华大学合作,在光纤中实现了404公里的量子密钥分发。2015年,该团队与清华大学合作,在自由空间中实现了143公里的量子隐形传态。

第四阶段(2016年至今):领跑引领阶段。2016年8月,中国成功发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,开启了全球化量子通信、空间量子物理学和量子引力实验检验的新篇章。利用“墨子号”卫星,中国科学院物理研究所潘建伟院士团队在国际上首次成功实现了千公里级的星地双向量子通信 ,在不到一年的时间内完成了原计划开展两年的科学实验目标。这标志着中国在量子通信研究领域达到全面领先的优势地位。此外,中国还建成了全球首个星地量子通信网,创造了500公里的现场光纤量子通信世界纪录。

中国在量子通信技术领域的创新成果,赢得了国际同行的高度评价和广泛合作。《自然》杂志物理科学主编卡尔·齐姆勒斯说:“这一系列实验表明,量子技术已经突破了天空的限制。同时这也是中国在物理学方面的投入及努力的证明,正因为有了这样的投入与努力,该研究团队才能够将有实用的量子通信技术研究提升到如此高度。”目前,奥地利已经与中国科学院物理研究所潘建伟院士团队展开合作,德国、意大利等国家的科研团队也申请加入。

中国在量子通信技术领域取得的成就,不仅是对基础科学的探索和验证,也是对未来信息社会安全和发展的贡献。安全的量子通信在国防、军事、金融、政务等领域具有广阔的应用前景。专家预测,量子通信技术可能在20至30年后对人类社会发展产生难以估量的影响。